JPH0786432B2 - 赤外放射分光測定装置 - Google Patents

赤外放射分光測定装置

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JPH0786432B2
JPH0786432B2 JP62251843A JP25184387A JPH0786432B2 JP H0786432 B2 JPH0786432 B2 JP H0786432B2 JP 62251843 A JP62251843 A JP 62251843A JP 25184387 A JP25184387 A JP 25184387A JP H0786432 B2 JPH0786432 B2 JP H0786432B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、バックグラウンドからの放射を無視できる
か、無視できなくとも測定中にわたって一定であるとみ
なせるようにした赤外放射分光測定装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
赤外放射分光測定装置の基本的な構成を第2図に示す。
第2図で1は発光試料、2は分光器、3は検知器を示
す。発光試料1は測定の対象となっているもので、通常
分光器2と検知器3を結ぶ光軸に対して垂直に配置され
る。分光器2は発光試料1からの放射のうち測定しよう
とする周波数帯を選択するもので、例えば干渉計などが
よく知られている。検知器3は発光試料1の放射のうち
分光器2を通ってきた光の輝度を検出するものであり、
通常黒く塗られ、黒体に近いものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、第2図の構成において検知器3で検出さ
れる測定値は、発光試料1の放射した赤外線だけを検出
したものではない。物体はその温度に応じた発光を行う
ので、検知器3も輝度KDで発光しており、また発光試料
1、分光器2、検知器3の周囲を囲む物体(図示せず)
も輝度KBで発光している。これらの発光が測定に悪影響
を及ぼすことは当然であるが、従来はこれら発光試料1
以外の物体からの放射(以下これをバックグラウンドか
らの放射という)は考慮されておらず、測定値は必ずし
も精度の高いものとは言い難いものであった。
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、バッ
クグラウンドからの放射を無視できるか、無視できなく
とも測定中は一定であるとみなせるようにした赤外放射
分光測定装置を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明の赤外放射分光測
定装置は、発光試料と、分光器と、検知器を備えた赤外
放射分光測定装置において、少なくとも発光試料と光軸
とのなす角度を直角から外し、発光試料に対向させてト
ラップ用黒体を配置すると共に、該トラップ用黒体を含
む発光試料の周囲を囲む物体を低温の黒体としたことを
特徴とする。
〔作用〕
本発明は赤外放射分光測定装置によれば、発光試料と光
軸とのなす角度を直角から外しているので、どのような
場合でもバックグラウンドからの放射を、少なくとも一
定とみなせるようになり、より精度の高い測定を行うこ
とができる。
〔実施例〕
第1図は本発明に係る赤外放射分光測定装置の1実例の
構成を示す図、第3図は発光試料の面が散乱面である場
合の説明図、第4図はアパーチャを用いた場合の構成を
示す図である。図中、1は発光試料、2は分光器、3は
検知器、4は全立体角Ω、5は立体角ω、6はアパーチ
ャ、7はトラップ用黒体を示す。
本発明の実施例を説明する前に、まずバックグラウンド
からの放射がどの程度の影響を与えるものなのか、その
量を(I)発光試料が十分大きく、かつ発光試料の面が
鏡面である場合、(II)発光試料が十分大きく、かつ発
光試料の面が散乱面である場合、(III)発光試料の一
部を見るために途中にアパーチャを入れ、不要な部分を
遮光している場合、の3つの場合について考えてみる。
(I)発光試料が十分大きく、かつ発光試料の面が鏡面
である場合 なお、以下の議論で、結像に必要な光学系については無
関係であるので省略する。
第2図で発光試料1が十分大きく、かつ面が鏡面である
とすると、発光試料1と検知器3は互いに物体とその像
の関係にあるために、検知器3に入射する光は発光試料
1から放射された光か、又は発光試料1で反射した光で
あり、また逆に発光試料1で反射される光は検知器3か
らの発光又は検知器3で反射された光である。このこと
は、途中の光学系からの発光がわずかにあるにしても、
そのほとんどの検知器3に入射する光が発光試料1と検
知器3からの発光に起因するものであること、従って第
2図でKBで示す周囲の物体からの発光は無視できること
を意味する。
そこで、発光試料1の放射光強度、即ち輝度をK,放射率
をε,検知器3の輝度をKD,放射率をεD,測定装置の特
性を示す装置関数をAとすると、測定信号Mは次のよう
に表わされる。
M=KA−KDA +K(1−ε)(1−ε)A3 KD(1−ε)A2 K(1−ε)(1−ε2A5 KD(1−ε)(1−ε)A4 +……… ………(1) 右辺の第1項は発光試料1で発光された光で測定の対象
になっているものである。第2項は検知器3から発光さ
れた分で、これは減光作用を及ぼすので負になってい
る。第3項は、発光試料1からの光が検知器3で反射さ
れ、更に発光試料1で反射されたもので、第4項は検知
器3からの光が発光試料1で反射したもの、第5項以下
は同様に検知器3、発光試料でより多くの反射をくり返
した光である。
ここで、前述したように、検知器3は黒体に近いものと
されているからε≒1であり、これを(1)式に代入
すると(1)式は、 M=〔K−KD+KD(1−ε)A〕A …(2) となる。(2)式の括弧の中の第2項、第3項がバック
グランドである。
(II)発光試料が十分大きく、かつ発光試料の面が散乱
面である場合、 発光試料1の面を完全散乱面にすると、上述した(I)
の場合と異なるのは、発光試料1に入射する光は全て検
知器3に入射することである。即ち、(I)の場合には
無視できた周囲の物体からの発光KB(放射率をεとす
る)をも考慮しなければならないこと、そしてその量
は、第3図に示すように全立体角Ωに対する発光試料1
から分光器2を臨む立体角ωの比に関係するということ
である。
なお、第3図において第2図と同じものには同じ番号を
付してある。
これらの事項を考慮しつつ(I)の場合と同様な手法で
検知器3における測定信号Mを計算すると次のようにな
る。
(I)の場合と同様にε≒1であるから(3)式は と簡略化される。この(4)式は発光試料の向きにかか
わらず成り立つ。
(III)発光試料の一部を見るための途中にアパーチャ
を入れ、不要な部分を遮光している場合(第4図)。
この場合検知器3には発光試料1の像とアパーチャ6の
像が結像することになるが、発光試料については
(I),(II)の項で述べたと同様なので、ここではア
パーチャの像についてだけ考えてみる。なお、アパーチ
ャに関する量については各関数にプライムを付すること
にする。
まず、アパーチャが鏡面である場合について考える。こ
の場合(2)式から、 M′=〔K′−KD′+KD′(1−ε′)A〕×A………
(5) が得られる。この式でK′はアパーチャからの放射を、
ε′はアパーチャの放射率を、K′は検知器のアパー
チャ像部からの放射を示す。
M′は(2)式のMと区別して測定できるものではない
から(5)式のM′はバックグラウンドからの放射と考
えるべきものである。
また、アパーチャが散乱面の場合は(4)式と同様にな
り、この場合もM′は全てバックグラウンドからの放射
と考えるべきものである。
以上、3つの場合についてバックグラウンドからの放射
を評価したが、次にこれらの結果から、どのようにすれ
ばバックグラウンドからの放射が無視できるようになる
のか、又無視できないにしても測定中一定なものとみな
せるようになるのかを考えてみる。
まず(I)の場合であるが、(2)式からもわかるよう
にバックグラウンドは、発光試料1の放射率εの関数で
あるから、サンプル依存性があることになる。従って、
このままではKDがKに比べて小さいか、発光試料が黒体
に近い(ε≒1)場合しか確度のよい測定ができないこ
とになる。
これは発光試料1が鏡面なので検知器3が己を見てしま
うために生じているのであるから、このことから解決手
段として、検知器3が何か別のものを見るように発光試
料1を少し傾け、そして見ている対象物からの発光が換
算できるようにすればよいことがわかる。
上記考察に基づいて示した本発明の1実施例が第1図で
ある。第1図において、第2図と同じものには同じ番号
を付してあり、発光試料1は光軸に対して垂直でなく少
し傾けてある。即ちθ≠90゜である。7は検知器3が見
る対象物で、発光試料1に向いて配置されている。
今、この対象物7の発光強度をK′、放射率をε′とす
ると、検知器3の測定信号は次のようになる。ただしε
≒1とする。
M=KA−KDA+K′(1−ε)A K(1−ε′)(1−ε)A KD(1−ε)(1−ε′)A2 +……… ………(6) (6)式よりε′≒1にすれば第4項以降を無視でき、
かつK′をK,KDに比べて十分小さくすれば第3項も無視
できることになる。これは対象物7を低温の黒体にすれ
ば達成することができる。即ち、対象物7は入ってくる
光を全て吸収することになるから、以下この対象物をト
ラップ用黒体と呼ぶことにする。このようにすると
(6)式は、 M=KA−KDA ………(7) となる。これからバックグラウンドは検知器3の発光強
度KD及び装置関数Aにだけ依存することになり、バック
グラウンドからの放射が一定であると見直すことができ
る。
以上の説明では分光器2は単に透過物を考えてきたが、
実際は分光器2に入射した光は単に透過するだけでな
く、一部の光は反射する。このときの装置関数は−Aで
ある。第1図の構成で、発光試料1やトラップ用黒体7
からの放射光の内分光器2から反射してくる光はトラッ
プ用黒体7でトラップされるので考慮する必要はない
し、検知器3からの放射光の内分光器2から反射してく
る光は既に−KDAで考慮されている。従って、この場合
も同じ(7)式が得られるので、バックグラウンドから
の放射が一定であることが理解できる。
次に(II)の場合の結果について考えてみる。バックグ
ラウンドからの放射を一定にするためには(4)式にお
いて第3項、第4項を零、もしくは他の項に対して無視
できる程度まで小さくする必要がある。そのためにはKB
が小さく、εが1に近く、かつω/Ωが小さければよ
いことは容易に理解できる。KB≒0,ε≒1の条件から
試料周囲の物体を低温の黒体にすればよいことがわか
る。また、ω/Ωを小さくするためにはf値の大きい、
暗い光学系を設計すればよいことは光学の理論から明ら
かである。このようにすると(4)式は、 M=〔K−KD〕A ………(8) となり、バックグラウンドからの放射を一定にすること
ができる。
また、このとき、分光器2での反射の影響を考慮して
も、同じ式が得られ、やはりバックグラウンドからの放
射は一定となる。
最後に(III)の場合の結果についてであるが、この場
合は(5)式のM′そのものがバックグラウンドからの
放射なのであるから、M′の絶対量を小さくして変動に
左右されないようにしておく必要がある。そのためには
アパーチャ6を低温の黒体とすればよいことは明らかで
ある。
以上の議論から、 (イ)第1図のように反射面を持った試料の場合、その
発光試料の面を光軸に対して垂直から少し傾け、発光試
料に対向してトラップ用黒体を配置する。
(ロ)散乱試料の場合、発光試料の周囲を低温黒体で囲
む。
(ハ)f値の大きい暗い光学系を用いる。
(ニ)アパーチャを低温の黒体とする、 という4つの条件を満足するように構成すれば、どのよ
うな場合にも少なくともバックグラウンドからの放射を
一定とみなせることになる。そして、検知器を低温にす
ればKDは十分小さくなるから、バックグラウンドからの
放射を無視することができる。検知器としてTGS検知器
のような冷却できないものを用いる場合には検知器の発
光強度KDが測定誤差として出てくることになるが、この
ような場合にも発光試料の測定の前にスペクトルのわか
っている黒体等を用いた標準試料を測定してKDを評価す
ることによって、バックグラウンドからの放射を取り除
き発光試料の発光強度Kを求めることができる。
なお、冷却には、望ましくは液体ヘリウム等を用い、周
知の手段で行うことができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、測定
中においてバックグラウンドからの放射を無視できる
か、無視できなくても一定とみなすことができる。しか
も、バックグラウンドからの放射を無視できない場合に
も一定とみなせるために標準試料を測定するなどしてバ
ックグラウンドからの放射を評価できるので、発光試料
の測定を従来よりも精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる赤外放射分光測定装置の1実例
の構成を示す図、第2図は赤外放射分光測定装置の基本
的構成を示す図、第3図は発光試料の面が散乱面である
場合の説明図、第4図はアパーチャを用いた場合の構成
を示す図である。 1……発光試料、2……分光器、3……検知器、4……
全立体角Ω、5……立体角ω、6……アパーチャ、7…
…トラップ用黒体。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光試料と、分光器と、検知器を備えた赤
    外放射分光測定装置において、少なくとも発光試料と光
    軸とのなす角度を直角から外し、発光試料に対向させて
    トラップ用黒体を配置すると共に、該トラップ用黒体を
    含む発光試料の周囲を囲む物体を低温の黒体としたこと
    を特徴とする赤外放射分光測定装置。
  2. 【請求項2】光学系のf値を大きくしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の赤外放射分光測定装置。
  3. 【請求項3】発光試料の一部からの光を分光器へ導きそ
    の他の部分からの光が分光器へ導かれないように遮光す
    る低温の黒体のアパーチャを設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項又は第2項記載の赤外放射分光測定
    装置。
  4. 【請求項4】検知器を低温の黒体とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載の
    赤外放射分光測定装置。
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